Выявление болезни Альцгеймера на ранней стадии облегчает планирование адекватного ухода и позволяет начать терапию как можно раньше, чтобы облегчить симптомы и улучшить качество жизни пациента. Кроме этого, такая диагностика позволит сильно продвинуть разработку профилактических средств. Авторам нового исследования, опубликованного в журнале Frontires in Aging Neuroscience, удалось идентифицировать изменения в нейрохимии и анатомии мозга, которые происходят за десятилетия до появления первых симптомов болезни Альцгеймера.

В настоящее время более 35 миллионов человек живут с болезнью Альцгеймера (БА), и, по оценкам специалистов, ее распространенность будет удваиваться почти каждые два десятилетия. Некоторые эксперты называют это состояние «глобальной эпидемией XXI века».

Уже накоплено множество доказательств в пользу того, что патологические механизмы болезни Альцгеймера начинают развиваться минимум за десять лет до появления первых когнитивных расстройств. Это вызывает повышенный интерес к «эволюции» биомаркеров данной болезни. Команда исследователей из Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе (штат Мэриленд, США) сделала акцент на обнаружение точек изменения нескольких биомаркеров на предклинической стадии БА.

Чтобы отследить процесс развития биохимических и анатомических изменений, команда исследователей изучила медицинские карты 290 человек, которым на момент включения в исследование было не менее 40 лет и у которых не наблюдалось признаков когнитивных расстройств. Ученые получили доступ к данным национального проекта BIOCARD, целью которого стояло выявить предикторы снижения когнитивных функций.

В исследовании анализировались данные образцов цереброспинальной жидкости, МРТ-сканы, полученные в период с 1995 по 2005 год (все участники проекта проходил повторное обследование каждые два года), а также результаты нейропсихологических тестов (участники проходили их ежегодно) за период с 1995 по 2013 год. К моменту окончания проекта BIOCARD у 81 участника диагностировали легкие когнитивные нарушения или деменцию, связанные с болезнью Альцгеймера.

Результаты оказались любопытными: уровень общего тау-белка (totaltau) в цереброспинальной жидкости начинает изменяться за 34 года до появления первых симптомов БА. Признаки нарушения памяти появляются за 15 лет, затем диагностируются другие когнитивные нарушения. Уровень фосфорилированного тау-белка (p-tau) начинает повышаться за 13 лет до первых клинических симптомов, а пептид Abeta 42 дает о себе знать почти на 10 лет раньше.

Позже обнаруживаются первые анатомические отклонения, затрагивающие энторинальную кору, гиппокамп, миндалину, которые можно различить с помощью МРТ. Деградация нейронов медиальной зоны правой височной доли начинается за 8,8 лет, в левом же полушарии эти изменения наблюдались на 6 лет позже.

«Видно, что некоторые биохимические и анатомические показатели меняются за десять и более лет до появления клинических симптомов болезни Альцгеймера. Наша цель – найти правильную комбинацию маркеров, которые указывают на повышенный риск когнитивных нарушений, и использовать этот инструмент, чтобы вовремя вмешаться и  предотвратить развитие болезни», – говорит соавтор исследования Майкл Миллер.

Однако, пока авторы остерегаются делать громкие заявления, подчеркивая, что динамика изменений головного мозга у людей значительно различается, выборка исследования была небольшой, и до сих пор не существует известных способов лечения болезни Альцгеймера на ранней стадии.

Тем не менее, полученные результаты можно использовать для улучшения диагностических тестов, что, в свою очередь, поможет выбрать наиболее подходящую схему лечения.

Текст: Диана Галимова

Источник neuronovosti.ru/alzheimer-detectig-34-year-before-symptoms

Неврологи, нейрохирурги и радиологи c американского континента обнаружили способность детского мозга приспосабливаться к потере части зрительной коры после операции по удалению эпилептического очага. Учёные проверили представление работы зрения в мозге при помощи функциональной магниторезонансной томографии и пришли к выводу, что в детском возрасте возможно частичное восстановление потерянных функций. Исследование опубликовано в журнале Journal of Neuroscience.

Для детей с тяжелой эпилепсией, не поддающейся медикаментозному лечению, хирургическая операция часто становится последней надеждой снять проявления болезни. Такое лечение иногда сопровождается высоким риском потери зрения – если эпилептический очаг расположен в зрительной коре.

Для нормальной обработки визуальных стимулов информация в мозге направляется от сетчатки глаз в область зрительной коры. Дальше она переходит в другие отделы больших полушарий, после чего человек понимает, что он увидел – лицо, дерево или кошку. Во взрослом возрасте удаление участка зрительной коры грозит потерей восприятия зрительных стимулов. Авторы нового исследования из Йоркского университета Канады и Университета Карнеги-Меллона США обнаружили, что у детей возможна перестройка соседних областей мозга для компенсации потери части зрительной коры.

Исследователи пригласили 10 детей, перенёсших операцию в возрасте от 6 до 17 лет. Тяжелую форму эпилепсии у юных добровольцев в большинстве случаев вызвала травма, опухоль или младенческий инсульт. В каждом случае болезнь успешно отступала после резекции части мозга. Трое из участников потеряли части зрительной коры с правой стороны, трое – с левой, а четверо лишись других частей мозга, не вовлечённых в зрительное восприятие. Последние четыре ребёнка стали вторым видом контрольной группы. Также команда сравнивала профили участников с 10 здоровыми ребятами. Из шести детей опытной группы четверо имели постоянное снижение периферического зрения с одной стороны.

В первой части эксперимента дети выполняли серии заданий на восприятие, включая распознавание лиц, классификацию объектов и идентификацию образов. Во второй исследователи визуализировали работу мозга участников с помощью фМРТ. Они попросили ребят лечь в аппарат и наблюдать за потоком изображений с лицами, местами, словами и предметами. Это позволило учёным точно увидеть активные участки мозга.

В результате все пациенты показали хорошие результаты и смогли узнать лица и остальные образы, при этом попадая в нормальный диапазон даже в сложных случаях. Низкий уровень показали только два юных пациента с очень большой потерей участков зрительной коры. Но соседние участки их мозга также брали на себя функцию обработки визуальной информации.

По словам исследователей, их работа доказывает невероятные возможности нейропластичности в раннем возрасте. Необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, какие именно механизмы и процессы играют роль в таких случаях, заключают авторы.

Текст: Екатерина Заикина

Источник neuronovosti.ru/detskij-mozg-sposoben-kompensirovat-poteryu-chasti-zritelnoj-kory

Учёные из Медицинского института Сенфорд Бернам Пребис (Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute) открыли последовательность аминокислот, которая маркирует места повреждения головного мозга. Теперь с помощью методики, описанной в Nature Communications, можно прицельно доставлять лекарства прямо в очаг повреждения и значительно улучшить диагностику черепно-мозговых травм.

Современный человек всё больше окружает себя машинами, приборами и небоскребами. Просто задумайтесь: смертность от черепно-мозговых травм, полученных в результате аварий и несчастных случаев, достигает 35 процентов от всех видов травм, причём, большая часть таких пациентов — молодого или среднего возраста.

«Современная внутривенная терапия в лечении травм головного мозга направлена на то, чтобы стабилизировать состояние пациента и уменьшить внутричерепное давление[…], однако не существует лекарств, которые могут остановить каскад реакций вторичного повреждения мозга»,  — утверждает Аман Манн (Aman P. Mann), первый автор статьи.

Более сотни веществ, направленных на снижение объёма мозговых повреждений в данный момент проходят доклинические исследования. Их цель — снизить риск развития вторичных «атак» на мозг, которые вызывают воспаление, выработку свободных радикалов, повышенную возбудимость нейронов и сигнальных путей, ведущих к клеточной гибели.

Находка учёных представляет собой пептид с последовательностью четырёх аминокислот — цистеина, аланина, глутамина и лизина (CAQK). Он присоединяется к крупным молекулам протеогликанов, которые входят в состав межклеточного вещества головного мозга. Авторы статьи подтверждают, что эта модель работает не только на мышах, но и имеет такую же селективность в образцах человеческого мозга.  Интересно, что пептид был найден методом фагового дисплея, за который в 2018 году была присуждена Нобелевская премия по химии.

«Пептид можно использовать для диагностики повреждений мозга, в том числе незначительных, с помощью присоединения к нему веществ, которые помогут считать изображение. Так как связанный с крупными молекулами пептид может переноситься наночастицами, то его возможно использовать для ферментативной или эпигенетической терапии»,  — говорит Эрки Руозлати, почётный профессор онкологического центра института Сенфорд Бернам Преби.

Текст: Алексей Паевский

Источник neuronovosti.ru/pritselnyj-peptid-obnaruzhit-travmy-mozga

Для того, чтобы увидеть активность мозга живого человека, нейробиологи пользуются тремя основными методами: электроэнцефалографией, фМРТ и ПЭТ. Все активнее к ним присоединяется магнитоэнцефалография.  Каждый их этих методов имеет достоинства и недостатки, но исследователям удалось усовершенствовать один из них. Об этом они рассказали на страницах журнала Science Advances.

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) хороша, но дает радиационную нагрузку, требует короткоживущих радиофармпрепаратов и очень дорога. Элетроэнцефалография (ЭЭГ) дешева, но дает очень приблизительную картину. Поэтому для исследований чаще всего используют функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), которая дает прекрасное разрешение активности мозга в пространстве (до 1 кубического миллиметра), используя тот факт, что активные участки мозга более активно снабжаются кислородом, и меняется соотношение между гемоглобином, насыщенным кислородом, и уже «использованным». Главный же недостаток фМРТ – плохое временное разрешение (не говоря уже о нескольких секундах задержки). Поэтому короткие вспышки активности мозга в магнито-резонансном томографе зарегистрировать невозможно.

Исследователи из США, Германии, Франции, Швейцарии и Норвегии предложили использовать иной подход в магнитно-резонансной томографии для того, чтобы узнать, какие области мозга активны в данный момент. Этот метод основан на открытом в 1980 году явлении «разбухания» нейрона во время прохождения потенциала действия (статья была опубликована в журнале Science). Таким образом, во время прохождения нервного имульса меняется сама плотность нервной ткани. Авторы статьи в своем эксперименте использовали метод магнитно-резонансной эластографии (МРЭ), которая давно используется для диагностики опухолей, отличающихся плотностью. Новый метод получил название фМРЭ – функциональная МРЭ.

Для того, чтобы исследовать возможности метода, ученые под руководством Сэмюэла Патца (Samuel Patz) из Гарвардской медицинской школы использовали мышей и специальный томограф для животных. Дальше анестезированных мышек кололи в лапки с частотой в 0,1 герца (один укол в 10 секунд, SLOW). МРЭ фиксировал небольшое изменение плотности в участках коры мозга, прилегающих к моторной коре (около 10%).  Затем нейробиологи перешли к одному уколу в секунду (FAST) – результат был тот же. А на частоте в 10 Герц (ultra-FAST, что соответствует 10  уколам в секунду) «заговорил» и таламус. Параллельно проводились измерения и фМРТ, чтобы установить разницу в чувствительности. Как и ожидалось, фМРТ многого «не заметила».

Авторы не дают объяснения эффекту, но собираются в ближайшее время перейти к экспериментам с людьми. Если все будет хорошо, чувствительность сравнительно простых исследований активности мозга человека возрастет сразу на порядки.

Текст: Алексей Паевский

Источник neuronovosti.ru/kak-uvelichit-vremennoe-razreshenie-fmrt

Интерфейс мозг-компьютер помог проследить формирование новых паттернов нейронной активности. Таким экспериментом похвастались ученые из университета Питтсбурга, а статью с результатами опубликовали в  PNAS.

Свое исследование они проводили на макаках-резусах: от животных требовалось перемещать курсор на экране компьютера так, чтобы он совмещался с заданными мишенями, или удерживать его на них. От интерфейса мозг-компьютер требовалось фиксировать связь между движением курсора и мозговой активностью обезьян. От ученых – зафиксировать и проанализировать результаты.

Всего им удалось зарегистрировать активность около 90 нейронных единиц в первичной моторной коре животных. Сначала – когда обезьяны просто учились двигать курсором безо всякой цели. Через неделю им предложили выполнить задание. Паттерны нейронной активности в начале наблюдения и в результате эксперимента исследователи записали и внимательно изучили.

Оказалось, что по прошествии недели обмен импульсами между нейронами претерпел значительные изменения: было очевидно появление новых паттернов. Это значит, что нейроны по-разному общаются между собой в условиях интуитивного действия и в случае с направленным обучением, необходимым для решения конкретных задач. Исследователи считают, что подобные изменения происходят и в мозге человека.

Таким образом, для того, чтобы научиться чему-то новому, нужно иметь не только желание и нервные клетки, но и способность к изменению паттернов их взаимодействия. Все просто: новые синаптические связи – новые навыки (или возвращение утраченных).

В своей статье исследователи высказывают надежду на то, что с помощью их наблюдений станет возможно улучшить и развить технологии нейроуправления и моторного обучения. Они предполагают, что благодаря их открытию человечество значительно продвинется и в технологиях обучения: от игры на очередном музыкальном инструменте до восстановления адекватной двигательной функции после повреждений мозга.

Текст: Дарья Тюльганова

Источник neuronovosti.ru/nejrointerfejs-pomogaet-obuchatsya

Страховая компания CVS Health, рассчитывающая медицинские льготы для страховщиков и корпораций, заявила, что сотрудничает с компанией Big Health, которая разработала приложение Sleepio для лечения бессонницы. И теперь терапия бессонницы при помощи приложения для смартфона или планшета будет оплачиваться так же, как и лекарственная терапия.

Это означает, что теперь работодатель может включить такой способ лечения бессонницы (весьма распространенного недуга среди офисных работников) в оплачиваемую страховку.

Приложение Sleepio использует методы когнитивно-поведенческой психотерапии и доказало свою эффективность в восьми рандомизируемых контролируемых исследованиях.

По словам Питера Хеймса, соучредителя Big Health, которые приводит издание Evercare.ru,  это решение «радикально снизит барьеры для внедрения цифровой терапии во всех сегментах рынка здравоохранения США, включая программы медицинского страхования». Как считается, «цифровая терапия» пока что не получила распространения в США из-за того, что подобные приложения (платные, разумеется) не оплачиваются по страховке.

Текст: Алексей Паевский

Источник neuronovosti.ru/sleepio

Томская компания Neuromech разработала программно-аппаратный комплекс для обучения детей с расстройствами аутического спектра (РАС). Помогать детям будут роботы и нейроинтерфейсы, сообщает портал о науке и технологиях Inotomsk.ru

«Расстройства аутистического спектра — это проблема для всего мира. В 2014 году они диагностированы у одного из 64 человек по всему миру. В России, по официальной статистике, таких людей порядка 370 тысяч. Однако эта статистика неполная, реальные цифры выше, потому что не всем ставят диагноз», — рассказала гендиректор Neuromech Юлия Лобода.

На мировом рынке существуют роботы и мобильные приложения для обучения детей с РАС, но комплексного решения пока никто не предложил. В комплекс томской компании входит программное обеспечение и интерфейс для ученика — банк заданий, которые собирает эксперт для создания индивидуального курса. Этот курс ребенок изучает с помощью робота-тьютора.

Комплекс разрабатывается в сотрудничестве с центром поведенческого анализа Новосибирского государственного университета, компанией Комплект-ОМ, при поддержке новосибирского центра NeuroNet.

Курс состоит из имитации движений, вокальной и вербальной имитации, развития экспрессивной речи и визуально-когнитивной сферы. От развития речи программа переходит к простым играм с роботом, которые дают возможность вести диалог с разными персонажами. Это облегчит задачу преподавателя, когда на занятиях нужно отрабатывать один и тот же навык, отвечать на один и тот же вопрос.

По словам Лободы, детям с аутизмом, чтобы поддерживать нужный социальный уровень, нужны постоянные тренировки — порядка 30 часов в неделю. Чтобы можно было организовать самостоятельное занятие в отсутствие родителей, во время обучения ребенок надевает датчики. Если ученик начинает испытывать тревогу, на мобильное устройство родителей передается оповещение, что нужно вмешаться в процесс.

«Мы использовали в нашей разработке четырехканальный нейроинтерфейс Muse, он позволяет снимать ЭЭГ-сигнал, на основе которого можно отслеживать психофизиологические состояния ребенка», — рассказал медицинский статистик компании Захид Гасымов.

В комплексе используется линейка из трех простых известных роботов. Один из них — антропоморфный Darwin Mini. Программировать робота можно на разных языках, это поможет детям освоить не только свой индивидуальный курс, но и познакомиться с робототехникой.

Тестирование программного комплекса начнется в сентябре этого года в центре поведенческого анализа в Новосибирске.

Источник neuronovosti.ru/robot-i-nejrointerfejs-pomogut-detyam-s-autizmom

В университете Тампере, Финляндия, изобрели «искусcтвенный нос», который позволяет отличить злокачественное образование головного мозга  от здоровой ткани прямо во время операции и провести наиболее точное иссечение опухоли, минимально травмируя здоровые ткани. Описание изобретения и нового метода можно прочитать в Journal of Neurosurgery.

Суть открытия заключается в усовершенствовании уже имеющихся электрохирургических инструментов, таких как электрический скальпель (он же – диатермическое лезвие). Дело в том, что при рассечении тканей таким способом выделяется газ (а точнее – дым), молекулы которого несут информацию о типе рассеченных клеток. Инструменты оснащают специальным прибором, который подает ионы этого газа в электрическое поле, которые распределяются в нем специфичным для каждой ткани образом.  Такой метод называется методом спектрометрии дифференциальной подвижности (DMS).

Таким образом, «нюхая» сгоревшую ткань, новый прибор позволяет отличать клетки опухоли от клеток здоровой ткани непосредственно во время операции, что и является его основным преимуществом. В современной клинической практике золотым стандартом  пока что является анализ замороженных срезов для интраоперационной идентификации опухолей. Для этого небольшой образец иссеченной опухоли передается гистологу, который быстро проводит микроскопический анализ образца и сообщает результат хирургам в операционную. Конечно же, новый метод во много раз быстрее.

Тестирование прибора проводилось на образцах менингиом, глиобластом, астроцитом, других глиом низкой степени злокачественности, метастазах центральной нервной системы, участки мозга, пораженные геморрагией или черепно-мозговой травмой. Всего авторы использовали 694 образца.

Даже самые первые испытания показали, что «диатермический дым», проанализированный при помощи DMS оказался достаточно надежным способом отличать поврежденную ткань мозга от здоровой прямо во время нейрохирургического вмешательства.

Точность классификации опухоли новой системой составила 83% при анализе всех образцов. Точность улучшилась в более узких границах. При сравнении опухолей низкой злокачественности (глиом) с контрольными образцами точность классификации системы составила 94%,  достигнув 97% чувствительности и 90% специфичности.

Текст: Мария Гоглова

Источник neuronovosti.ru/isskustvennyj-nos-v-pomoshh-nejrohirurgam

Исследователи из Стэнфордского университета представили новую систему, которая призвана помочь радиологам лучше искать аневризмы в головном мозге.  Инструмент, построенный на принципах deep learning получил название HeadXNet. О результатах тестирования этой системы сообщает статья, вышедшая в журнале JAMA Network Open.

Аневризма — очень опасное явление для головного мозга. Это выпячивание стенки артерии, которое приводит к ее истончению. Разрыв аневризмы приводит к геморрагическому инсульту, а кроме этого аневризма часто становится начальной точкой тромбообразования — и ишемического инсульта.

Новая система представляет собой трехмерную сверточную нейросеть. Датасет, на котором проходило обучение состоял из 818 КТ 662 пациентов. Среди этих томограмм было 328 КТ с подтвержденными аневризмами и 490 КТ без аневризм. Из этих 328 случаев 20 исследований 15 пациентов содержали две и более аневризмы, 148 исследований нашли аневризму от 3 до 7 миллиметров, 108 случай  – от 7 до 12 мм, 61 – от 12 до 24 мм и 11 случаев представляли собой гигантские аневризмы от 24 миллиметров и более.

Система училась распознавать тот или иной объемный участок мозга как аневризму. При этом каждый срез «ужимался» до размера 208х208 пикселов. Сам тренировочный сет был составлен из 611 КТ,  92 КТ ушло на улучшение системы после тренировки, а «экзаменационный» сет состоял из 115 исследований 82 пациентов.  В проверке работы системы принимало участие 8 радиологов, которые просто смотрели данные КТ в совокупности с историей болезни пациента, однако одни КТ врачи смотрели как обычно, а другие – с «подсветкой» HeadXNet. Оказалось, что искусственный интеллект не только находит то, что видят и врачи, но и шесть дополнительных аневризм на сто исследований.

Текст: Алексей Паевский

Источник neuronovosti.ru/ai-aneurism

B. Demartini, O. Gambini, C. Uggeti et al.

Цель исследования. Оценить с помощью магнитно-резонансной спектроскопии (MRS) содержание N-ацетиласпартата, мио-инозитола, холина, суммы глутамата и глутамина (Glx) и креатина (Cr) в передней части поясной извилины (ACC)/медиальной префронтальной коре (mPFC), а также в затылочной коре (OCC) (контрольная область) у пациентов с функциональными моторными симптомами (FMS) и у лиц здоровой группы контроля. И определить коррелируют ли лимбические нейрохимические изменения, оцениваемые с помощью MRS, с выраженностью моторных симптомов, связанных с FMS, алекситимией, тревожностью, депрессией и качеством жизни.

Методы. В исследовании типа «случай-контроль» приняли участие 10 пациентов с FMS и 10 здоровых лиц. Участники прошли MRS и тестирование по шкале MMSE, шкале депрессии Гамильтона, шкале тревожности Гамильтона, шкале оценки алекситимии Торонто, состоящей из 20 пунктов, и EuroQol 5D (шкала оценки качества жизни).

Результаты. У пациентов с функциональными моторными симптомами MRS продемонстрировала увеличение Glx/Cr в области ACC/mPFC, однако в контрольной области OCC их содержание было нормальным. Все остальные протестированные метаболиты были нормальными в обеих оластях. Повышенное содержание Glx/Cr в ACC/mPFC коррелировало с алекситимией, тревожностью и выраженностью симптомов.

Выводы. Аномальное увеличение Glx в лимбической зоне может иметь решающую патофизиологическую роль в FMS, возможно, в следствии изменения лимбико-моторных взаимодействий, что в конечном итоге приводит к аномальным движениям.

Neurology, Published online, июнь 2019.